聚氯乙烯压力管材力学破坏研究

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1、聚氯乙烯压力管材力学破坏研究聚氯乙烯压力管材力学破坏研究摘要：引起塑料压力管道发生力学破坏的主要方式有静载荷、脉冲和循环载荷、点载荷、化学老化、塑料压力管在运输和安装中的表面划伤等几种。本文主耍研究了PVC管材力学破坏形式，并与传统管材在性能和力学上进行了深入的比较，仅供参考。关键词：聚氯乙烯压力管材；传统管材；力学破坏一、拉伸性能原理分析拉伸性能是PVC的基本力学性能指标，是在规定的试验温度和试验速度下，在标准试上沿轴向施加拉伸载荷，直到试样被拉断，断裂前试样承受的最大载荷与试样的宽度和厚度的乘积的比值就

2、是该试样的拉伸强度。典型单轴拉伸时的应力-应变曲线如图1所示。图1中的Y点为屈服点，对应的强度为拉伸屈服强度。试样在出现屈服之前发生的断裂称为脆性断裂，这种情况下，试片断裂前只发生很小的变形（图1中的0Y段），试样并没有明显的变化，断裂面一般与拉仲方向相垂直，断裂面也很光滑。在图1中还可以看到，在拉伸的整个过程中，应力和应变的关系并不是线性的，只有当变形很小时，材料才可视为虎克弹性体，因此拉伸模量E通常由拉伸初始阶段的应力与应变来计算，其计算式为：式中：。为拉伸过程中的拉伸强度，F为拉伸应力，d为试样厚度，

3、£为伸长率，b为试样宽度，L0为试样原始标距，AL为拉伸过程中原始标距变化量。拉仲模量是材料发生单位应变时的应力，它表征材料抵抗变形能力的大小。拉仲模量越大，材料越不容易变形,表示材料的刚度越大。二、PVC-U管材与传统管材性能以及力学破坏的差异分析PVC-U管材与传统管材的性能比较如表1所示：1.拉伸屈服强度PVC-U管材的拉仲屈服强度是以5mm/min的拉伸速度测定试片断裂时的最大荷重除以试片的最小截面积而得到的比值，该值与温度有密切的关系：当温度升高时,拉伸屈服强度、弹性模量会相应降低；反Z,则均会提

4、高。但当温度低于o°c吋，PVC-U管材会逐渐发生脆性现象,所以在管线设计上需注意温度条件。(1)根据塑料管材在静液压P作用下的受力分析，可得到壁厚受到的环向应力(拉伸强度)与外径、壁厚的关系式为：。二p•(d-e)/(2e)o式中：p为破坏压力，MPa；0为拉伸应力(拉伸强度)，MPa；d为管材平均外径，mm；e为管材最小壁厚，mm。(2)管材在环向应力作用下的瞬吋破坏压力的计算公式为：pi=oi•(2e)/(d-e)。式中：pi为瞬时破坏压力，MPa；oi为瞬时拉伸应力(拉伸强度)，MPa。从式(2)中

5、可以看出，在管材外径和壁厚一定的情况下，瞬吋破坏压力与瞬时拉伸强度呈止比，即拉伸强度越高，耐水压能力越强；同吋，拉伸强度与温度呈反比。所以，在管材外径和壁厚一定的情况下，瞬时破坏压力也随温度升高而减小。也就是说，随着温度的升高，PVC-U管材耐内压的能力也随之下降。为防止瞬吋压力破坏管材，既要防止0°C以下时的脆性破坏，也要考虑不能超过PVC-U管材最高使用温度为45°Co1.弹性模量PVC-U管材在其比例极限内所受的应力与所产生的相应应变Z比称为弹性模量。在图1所示弹性模量与温度关系曲线上有两个转移点:第

6、1次转移点显示PVC-U管材开始软化，此转移点对应温度为维卡软化温度80°C；对于第2次转移点，因其极限伸长率较小，对应拉伸强度增加；但是柔性逐渐消失，对应冲击强度变弱，开始出现脆性特征。PVC-U管材的弹性模量仅为金属管材的2%左右。鉴于PVC-U管材的拉伸屈服强度和弹性模量随温度下降而大幅度降低，所以在冬季施工时，务必轻拿轻放，避免外力损伤。2.冲击强度PVC-U管材的冲击强度是其承受冲击负荷的最大能力，即在冲击负荷下，材料破坏吋所消耗的功与试样截面积之比，是按照落锤冲击法或简支梁冲击法测定的。图2为P

7、VC-U管材冲击强度与温度的关系曲线图，其冲击强度与温度成止比，温度越高，则冲击性能越好；反Z,则急剧下降。20°C吋的冲击强度是0°C时的近200%。PVC-U管材低温条件下的冲击性能明显降低，尤其在0°C以下。按GB/T10002.1-2006规定，PVC-U管材落锤冲击试验(0°C)TIRW5%(TIR即真实破坏率)，对IMP*、DN63X3.0管材在低温冲击下的落锤冲击试验曲线如图3所示。试验条件为：重锤质量0.25kg,高度2m,冲击总数25次。合格条件为：冲击破坏数W1次。图2PVC-U管材冲击

8、强度与温度的关系图31MPa>DN63给水管低温冲击特性曲线需要强调的是，图2所示刻痕冲击是指在试片上用锐器所作刻痕,与不作刻痕试片的耐冲击强度有很大差异，在常温下几乎达10倍Z多。当试片有刻痕吋，经冲击试验，试片必定在刻痕处断裂，此种特性称为刻痕效应。三、结语目前，尽管市场上推出了多种新型塑料管道，但PVC?PE?PP三大传统管道仍占据主要的市场份额，其中PVC管道的产量占塑料管道总产量的50%左右。以聚氯乙烯